《嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用》教學(xué)大綱

《嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用》教學(xué)大綱課程編碼：08265034課程名稱：嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)英文名稱：EmbededSystemsandApplication開(kāi)課學(xué)期：6學(xué)時(shí)/學(xué)分：32/2（其中實(shí)驗(yàn)16學(xué)時(shí)）課程類型：專業(yè)選修課開(kāi)課專業(yè)：測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)、電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)選用教材：根據(jù)授課時(shí)技術(shù)變化的實(shí)際情況選用先修課程：數(shù)字電路、單片機(jī)原理及應(yīng)用、微機(jī)原理、C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)主要參考書(shū)：1、王田苗主編：《嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)例開(kāi)發(fā)》清華大學(xué)出版社2003年第二版2、周立功等編著：《ARM嵌入式系統(tǒng)基礎(chǔ)教程》北京航空航天大學(xué)出版社2005年出版。3、任哲編著：《嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)μC/0S-Ⅱ原理及應(yīng)用》北京航空航天大學(xué)出版社2005年出版。4、馬忠梅等編著：《ARM嵌入式處理器結(jié)構(gòu)與應(yīng)用基礎(chǔ)》北京航空航天大學(xué)出版社2002年出版。5、邵貝貝著：《單片機(jī)嵌入式應(yīng)用的在線開(kāi)發(fā)方法》清華大學(xué)出版社2004年一、課程性質(zhì)、目的與任務(wù)嵌入式系統(tǒng)融合了計(jì)算機(jī)軟/硬件技術(shù)、通信技術(shù)和半導(dǎo)體微電子技術(shù)；主要學(xué)習(xí)嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理及方法，根據(jù)應(yīng)用要求，把相應(yīng)的計(jì)算機(jī)直接嵌入到應(yīng)用系統(tǒng)中。通過(guò)本課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解嵌入式處理器ARM7微處理器體系結(jié)構(gòu)及指令系統(tǒng)。了解32位嵌入式處理器總體結(jié)構(gòu)、存儲(chǔ)器組織、系統(tǒng)控制模塊和I/O外圍控制模塊。掌握嵌入式系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì)方法，了解各種嵌入式操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)應(yīng)用方法；能夠進(jìn)行實(shí)際系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析。如何利用好學(xué)生在處理器方面的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)同時(shí)又引導(dǎo)其形成嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)思維方式是應(yīng)該思考的問(wèn)題。鑒于以上原因，利用好學(xué)生在處理器方面的開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)逐步引導(dǎo)其了解嵌入式系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方式方法、建立嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思維模式，便成為教學(xué)的首要任務(wù)。其工作重心是系統(tǒng)講述32位嵌入式處理器ARM7的功能特點(diǎn)及與其它處理器的區(qū)別比較；介紹ARM7與嵌入式操作系統(tǒng)結(jié)合后的突出優(yōu)點(diǎn)；注意與前期學(xué)習(xí)的開(kāi)發(fā)知識(shí)相聯(lián)系；適當(dāng)介紹各類相關(guān)ARM處理器的特點(diǎn)以擴(kuò)大學(xué)生的知識(shí)面；并把培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)思維能力和動(dòng)手能力貫穿于整個(gè)教學(xué)過(guò)程之中；最終達(dá)到學(xué)生能夠熟練掌握嵌入式系統(tǒng)的共性技術(shù)并能針對(duì)ARM處理器做一些簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)工作的目的。二、教學(xué)基本要求1、了解有關(guān)嵌入式系統(tǒng)的基本原理及嵌入式系統(tǒng)的最新發(fā)展。2、掌握基于ARM處理器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)方法；同時(shí)了解bootloader的程序運(yùn)行模式以及關(guān)鍵模塊設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)。3、掌握嵌入式操作系統(tǒng)的基本功能和設(shè)計(jì)方法。5、掌握嵌入式操作系統(tǒng)在ARM處理器上的移植方法。6、理論與實(shí)踐相結(jié)合，在注重理論介紹的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)，以理論教學(xué)促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握，以實(shí)驗(yàn)提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。三、各章節(jié)內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配第一章

嵌入式系統(tǒng)概述（1學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求了解嵌入式系統(tǒng)的概念、特點(diǎn)及分類，嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。教學(xué)內(nèi)容一、嵌入式系統(tǒng)簡(jiǎn)介二、嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域三、嵌入式的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)考核要求了解：嵌入式系統(tǒng)的分類及應(yīng)用理解：嵌入式系統(tǒng)的概念及特點(diǎn)第二章

嵌入式處理器ARM7的體系結(jié)構(gòu)（4學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求介紹ARM處理器核及處理器的狀態(tài)與模式，著重講解內(nèi)部寄存器與程序狀態(tài)寄存器，使學(xué)生了解并掌握異常、中斷延遲與復(fù)位等，并詳細(xì)介紹存儲(chǔ)器與存儲(chǔ)器I/O。教學(xué)內(nèi)容一、ARM處理器核與功能框圖1、ARM處理器核2、ARM7TDMI3、體系結(jié)構(gòu)直接支持的數(shù)據(jù)類型二、處理器狀態(tài)與模式三、內(nèi)部寄存器與程序狀態(tài)寄存器四、異常五、中斷延遲與復(fù)位六、存儲(chǔ)器及存儲(chǔ)器映射I/O1、地址空間2、存儲(chǔ)器格式3、未對(duì)齊的存儲(chǔ)器訪問(wèn)4、指令的預(yù)取和自修改代碼5、存儲(chǔ)器映射的I/O考核要求了解：ARM處理器核的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)理解：不同處理器狀態(tài)與模式的特點(diǎn)、中斷延遲與復(fù)位掌握：內(nèi)部寄存器與程序狀態(tài)寄存器、異常、存儲(chǔ)器及存儲(chǔ)器映射I/O第三章

指令系統(tǒng)（3學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求了解ARM7的尋址方式，理解其指令集與指令系統(tǒng)，并簡(jiǎn)要介紹協(xié)處理器接口與調(diào)試接口教學(xué)內(nèi)容一、尋址方式二、ARM7指令集1、ARM指令集2、Thumb指令集三、指令系統(tǒng)四、調(diào)試接口考核要求了解：調(diào)試接口的原理理解：ARM指令集及指令系統(tǒng)掌握：ARM7處理器的9種尋址方式第四章嵌入式操作系統(tǒng)（2學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求通過(guò)本章的學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的相關(guān)概念，了解嵌入式系統(tǒng)的進(jìn)程、熟悉進(jìn)程的調(diào)度、掌握進(jìn)程間通信機(jī)制，了解嵌入式操作系統(tǒng)的其他功能。教學(xué)內(nèi)容一、操作系統(tǒng)的分類二、嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)三、多任務(wù)，任務(wù)優(yōu)先級(jí)，調(diào)度四、前臺(tái)與后臺(tái)、非占先式與占先式、可重入型函數(shù)考核要求了解嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的特點(diǎn)理解并掌握嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的相關(guān)概念第五章使用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（6學(xué)時(shí)）教學(xué)目的與要求通過(guò)學(xué)習(xí)使學(xué)生了解并掌握移植μC/OS-Ⅱ所要滿足的條件，μC/OS-Ⅱ在RAM處理器上的移植方法。教學(xué)內(nèi)容一、移植規(guī)劃二、編寫(xiě)與硬件相關(guān)的代碼三、制作用戶自己的項(xiàng)目四、多任務(wù)下的設(shè)備驅(qū)動(dòng)五、在ARM上移植μC/OS-Ⅱ考核要求了解移植μC/OS-Ⅱ所要滿足的條件掌握任務(wù)的創(chuàng)建、任務(wù)的同步與通信、動(dòng)態(tài)內(nèi)存管理及設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的開(kāi)發(fā)方法四、實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康呐c任務(wù)對(duì)《嵌入式系統(tǒng)及應(yīng)用》課程的教學(xué)，無(wú)論從硬件角度、軟件角度，還是工程組織或知識(shí)傳授的角度來(lái)看，實(shí)驗(yàn)都實(shí)學(xué)習(xí)和掌握嵌入式知識(shí)必不可少得環(huán)節(jié)。不經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生很難獲得嵌入式系統(tǒng)的真知。通過(guò)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生能夠使學(xué)生全面掌握嵌入式系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)方法，加深對(duì)嵌入式系統(tǒng)知識(shí)的理解，培養(yǎng)應(yīng)用技能。2、實(shí)驗(yàn)教學(xué)基本要求通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，學(xué)生應(yīng)掌握ARM開(kāi)發(fā)環(huán)境，根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的要求，掌握嵌入式系統(tǒng)的軟、硬件開(kāi)發(fā)方法。根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的要求，寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)報(bào)告，通過(guò)實(shí)驗(yàn)課上機(jī)調(diào)試后作修改，下課交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。3、實(shí)驗(yàn)教材或指導(dǎo)書(shū)《嵌入式系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)》4、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一覽表序號(hào)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容提要實(shí)驗(yàn)類型學(xué)時(shí)分配主要儀器設(shè)備實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)備注1實(shí)驗(yàn)儀的使用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)基本操作演示實(shí)驗(yàn)2PC、實(shí)驗(yàn)儀地質(zhì)宮225必修2硬件實(shí)驗(yàn)硬件Boot程序設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)2PC、實(shí)驗(yàn)儀地質(zhì)宮225必修3硬件實(shí)驗(yàn)輸入/輸出口試驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)2PC、實(shí)驗(yàn)儀地質(zhì)宮225選修4硬件實(shí)驗(yàn)中斷實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)2PC、實(shí)驗(yàn)儀地質(zhì)宮225選修5硬件實(shí)驗(yàn)A/D接口實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)2PC、實(shí)驗(yàn)儀地質(zhì)宮225選修6軟件實(shí)驗(yàn)μC/OS內(nèi)核在ARM處理器上的移植實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)2PC、實(shí)驗(yàn)儀地質(zhì)宮225必修7軟件實(shí)驗(yàn)基于μC/OS的LCD驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用試驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)2PC、實(shí)驗(yàn)儀地質(zhì)宮225選修8軟件實(shí)驗(yàn)基于μC/OS的串口驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用試驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)2PC、實(shí)驗(yàn)儀地質(zhì)宮225選修9軟件實(shí)驗(yàn)世界時(shí)鐘綜合設(shè)計(jì)4